摘 要

知领•报告 | 工程科技领域论文专利发展趋势他,800篇论文,300件专利!(图1)知领•报告 | 工程科技领域论文专利发展趋势他,800篇论文,300件专利!(图2)知领•报告 | 工程科技领域论文专利发展趋势他,800篇论文,300件专利!(图3)


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奇物论联合纳米人编辑部对2020年国内外重要科研团队的代表性成果进行了梳理,今天,我们要介绍的是中国科学院长春应用化学研究所研究员陈学思研究员课题组。
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陈学思,中国科学院院士、中国科学院长春应用化学研究所学术委员会常务副主任。主要从事生物可降解高分子材料的合成、表征和应用开发。在绿色塑料聚乳酸等产业化,骨折内固定器件、组织工程支架、基因/药物纳米载体等医用材料领域开展研究和开发工作。已发表研究论文800余篇,SCI他引2.6万余次,h-指数为88,编写《生物医用高分子》专著1部,并担任任学术期刊《ACS Biomaterials Science and Engineering》副主编。
一手上书架,一手上货架!陈老师团队已经申请专利300余项,授权200余项。还组建了一支产业化队伍,解决了聚乳酸产业化中的关键科学问题,与浙江海正集团合作建成了4万吨/年聚乳酸(PLA)生产线,整体生产技术水平达到国际领先。依托课题组技术开发的可吸收接骨螺钉和接骨板获2项中华人民共和国医疗器械注册证(器械III类),组建了长春圣博玛生物材料有限公司。利用改性聚氨基酸作为药物载体,制备了抗肿瘤药物/基因纳米制剂,动物实验结果良好。
以下是课题组研究的主要方向:1.交酯和环酯开环聚合催化剂的合成与性能表征2.生物可降解高分子材料与纳米无机材料的复合与医学应用探索3.具有功能性和智能性生物可降解高分子材料的设计与合成4.生物可降解材料在基因和抗肿瘤药物缓释上的应用研究5.组织工程支架与骨组织工程修复6.聚乳酸产业化开发7.尼龙-11产业化关键技术开发
以下按照四个部分对陈学思团队2020年期间发表的部分成果进行归纳,供大家学习和交流。Part 1. 纳米材料药物递送Part 2. 生物材料与免疫工程Part 3. 无药物抗癌Part 4. 严重脓毒症治疗
一、纳米材料药物递送
1. Adv. Mater:可在细胞内对蛋白质和化疗药物进行协同递送的纳米平台用于癌症治疗在细胞内将活性蛋白与化疗药物相结合是一种很有前途的协同型癌症治疗策略。然而,由于缺乏合适的纳米载体系统,如何将药物递送到癌细胞中以及控制其在细胞内的释放仍然是一个很大的挑战。中科院长春应化所陈学思院士和肖春生副研究员构建了一种三嵌段共聚物mPEG-b-PGCA-b-PGTA纳米平台,该平台可以在细胞中实现对亲水核糖核酸酶a (RNase a)和疏水药物阿霉素(DOX)的协同递送。 本文要点:1)实验利用苯硼酸基团对RNase A进行修饰,并通过苯硼酸-邻苯二酚键高效地将其结合到三嵌段共聚物纳米颗粒中。RNase A与三嵌段共聚物之间的可逆共价结合使得该纳米粒子在正常生理条件下具有很高的稳定性。2)在被细胞内化后,该三嵌段共聚物纳米颗粒中的DOX和RNase A会被酸性环境和DOX增强的细胞内ROS触发以实现在不同阶段的释放,进而产生协同增强的抗癌作用,体内和体外实验也都证明了这一点。综上所述,这项研究工作也为实现细胞内各种蛋白和化疗药物的联合递送提供了一个通用高效的新型平台。知领•报告 | 工程科技领域论文专利发展趋势他,800篇论文,300件专利!(图5)Peng Zhang. et al. A Multistage Cooperative Nanoplatform Enables Intracellular Co-Delivery of Proteins and Chemotherapeutics for Cancer Therapy. Advanced Materials. 2020DOI: 10.1002/adma.202000013https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202000013
2. Adv. Mater.:用于癌症治疗的多级协同纳米平台将细胞内活性蛋白与化疗药物相结合是一种很有前途的癌症协同治疗策略。然而,由于缺乏纳米载体系统,无法将这两种物理化学性质截然不同的物质递送至癌细胞并在细胞内受控释放,从而严重阻碍了这一组合策略在癌症治疗中的生物医学转化。在此,中科院长春应用化学研究所陈学思、肖春生等人报道了一种精心设计的三嵌段共聚物--mPEG-b-PGCA-b-PGTA,用于多级协同给药纳米平台,实现了亲水性核糖核酸酶A(RNaseA)和疏水性阿霉素(DOX)的有效胞内共递送。 本文要点:1)RNaseA通过ROS可裂解的氨基甲酸酯连接剂用苯硼酸基团进行生物可逆修饰,并通过pH可逆苯硼酸-邻苯二酚键,高效地与三嵌段共聚物纳米颗粒结合。RNaseA与三嵌段共聚物之间的可逆共价结合使纳米粒子在正常生理条件下具有较高的稳定性。2)在细胞内吞后,DOX和RNaseA从三嵌段共聚物纳米颗粒中的协同释放是由内体酸性环境和随后DOX增强的细胞内ROS环境在多个阶段触发的。这导致增强的协同抗癌效应,在体外和体内实验都证明了这一点。综上所述,鉴于动态共价结合物的多功能性,这项工作为各种蛋白质和化疗药物的细胞内共递送提供了一个通用和稳定的平台。知领•报告 | 工程科技领域论文专利发展趋势他,800篇论文,300件专利!(图6)Peng Zhang, et al. A Multistage Cooperative Nanoplatform Enables Intracellular Co‐Delivery of Proteins and Chemotherapeutics for Cancer Therapy. Adv. Mater., 2020.DOI: 10.1002/adma.202000013https://doi.org/10.1002/adma.202000013
3. Nano Letters:时空靶向纳米药物在阻断新生血管后克服缺氧诱导的肿瘤细胞耐药性血管阻断剂(VDAs)是一种新兴的抗肿瘤药物,由于单独应用对肿瘤的抑制作用不足,因此将其与细胞增值抑制药(CSD)联合应用的需求日益增加。然而,由于VDAs和CSD的工作位点不同,以及VDAs破坏新生血管后缺氧诱导的耐药性,这种联合仍然是一个挑战。有鉴于此,中科院长春应用化学研究所陈学思、丁建勋等人开发了一种壳堆积纳米颗粒(SNP),用于VDA康普瑞汀A-4磷酸(CA4P)和蛋白酶体抑制剂硼替佐米(BTZ)的共包裹。 本文要点:1)SNP可通过位点特异性刺激激活药物释放,在时空将CA4P递送至肿瘤新生血管,将BTZ介导递送到肿瘤细胞。2)此外,SNP还逆转了CA4P诱导的缺氧条件下ABCG2过表达引起的耐药性。3)时空靶向联合治疗显著抑制了人A549肺腺癌异种移植模型和人源肿瘤异种移植(PDX)模型的生长,为晚期癌症的治疗提供了一种有前景的策略。知领•报告 | 工程科技领域论文专利发展趋势他,800篇论文,300件专利!(图7)Jinjin Chen, et al. Spatiotemporally Targeted Nanomedicine Overcomes Hypoxia-Induced Drug Resistance of Tumor Cells after Disrupting Neovasculature. Nnao Lett., 2020.DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c02515https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c02515
二、生物材料与免疫工程
4. Nano Lett.:一种合理设计的聚合物结合物用于增强抗肿瘤免疫肿瘤和基质细胞之间的串扰是肿瘤微环境(TME)的中心场景。虽然肿瘤细胞对免疫细胞的主要作用是建立一种免疫抑制环境,但在一定条件下肿瘤细胞死亡会增强抗肿瘤免疫。在此,中国科学院长春应用化学研究所陈学思、宋万通等人报道了一种合理设计的肿瘤特异性增强的氧化应激聚合物结合物(TSEOP),用于增强抗肿瘤免疫。 本文要点:1)以肉桂醛(CA)、4-甲酰基苯硼酸频那醇酯和5-异氰戊烯-1-炔为原料,经Passerini反应,再与聚(L-谷氨酸)-接枝-聚(乙二醇)单甲醚(PLG-g-mPEG)进行叠氮基-炔基点击反应,制得TSEOP。2)在肿瘤刺激条件下,CA和醌甲基化物(QM)迅速生成,协同诱导强氧化应激、免疫原性肿瘤细胞死亡(ICD)和抗原递呈细胞活化。体内研究表明,TSEOP治疗提高了肿瘤特异性抗肿瘤免疫,并根除了小鼠结直肠和乳腺肿瘤。本研究对设计聚合物作为肿瘤免疫治疗药物具有一定的启发意义。知领•报告 | 工程科技领域论文专利发展趋势他,800篇论文,300件专利!(图8)Sheng Ma, et al. Rationally Designed Polymer Conjugate for Tumor-Specific Amplification of Oxidative Stress and Boosting Antitumor Immunity, Nano Lett., 2020.DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b05265https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b05265
5. Biomaterials:纳米疫苗与基因介导的细胞外基质清除剂相联合以实现肿瘤免疫肿瘤疫苗的抗肿瘤效果往往受到T细胞响应弱和活化的T细胞浸润差等问题的限制。中科院长春应化所田华雨研究员和陈学思院士设计了一种新的协同策略,以同时克服这两个障碍,进而实现增强肿瘤消除。 本文要点:1)为了诱导T细胞的强烈反应,实验设计了一种基于逐步静电相互作用的肿瘤纳米疫苗。该双功能递送系统PEI/CaCO3不仅可以作为疫苗载体以吸附抗原卵白蛋白(OVA)和佐剂 (CpG),也可辅助激活骨髓来源的树突状细胞(BMDCs)。因此,该PEI/CaCO3/OVA/CpG疫苗(NVs)可在体内同时实现BMDCs的活化和T细胞特异性反应的显著增强。2)此外,为了增强活化的T细胞在肿瘤部位的浸润,实验构建了PEG/PEI/pSpam1 NPs, Spam1是一种能够表达透明质酸酶(HAase)的基因。研究发现,PEG/PEI/pSpam1 NPs可在肿瘤部位实现HAase的高表达,进一步降解肿瘤细胞外基质以促进免疫细胞的浸润。同时,细胞外基质的降解也会增加血液灌注,缓解肿瘤乏氧和调节免疫抑制微环境。实验结果表明,NVs与pSpam1@NPs的联合应用可显著提高抗肿瘤效率,并有效预防肿瘤复发。知领•报告 | 工程科技领域论文专利发展趋势他,800篇论文,300件专利!(图9)Yingying Hu. et al. Synergistic tumor immunological strategy by combining tumor nanovaccine with genemediated extracellular matrix scavenger. Biomaterials. 2020https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220303604
三、无药物抗癌
6. AM:模拟宿主防御肽的合成多肽实现抗肿瘤无药物抗癌策略化疗是恶性肿瘤治疗中最重要和不可缺少的方法之一。然而,目前使用的抗肿瘤药物大多存在靶点不足、由于广泛的生物分布而产生严重的毒副作用、以及通过多种机制产生耐药性等不可避免的弊端。有鉴于此,中国科学院长春应用化学研究所的陈学思院士、肖春生等研究人员,报道了一种由模拟宿主防御肽(HDPs)的合成多肽实现的抗肿瘤无药物抗癌策略。 本文要点1)该多肽在12个癌细胞系中显示出广泛的抗癌活性,包括耐药和高转移的肿瘤细胞。2)详细的机制研究表明,阳离子抗癌多肽(ACPP)可以通过溶膜机制在几分钟内直接诱导癌细胞快速坏死。3)此外,还制备了pH敏感的ACPP两性离子衍生物(DA-ACPP),用于体内应用。4)DA-ACPP在中性生理条件下溶血作用可忽略不计,在弱酸性肿瘤环境中可转化回ACPP,从而选择性杀伤癌细胞。5)因此,DA-ACPP在4T1原位乳腺肿瘤模型和B16-F10黑色素瘤肺转移模型中均显示出有效的抑制肿瘤生长的作用。总体而言,该研究结果表明,合成的HDPs模拟多肽是安全有效的抗肿瘤药物,这为开发用于癌症治疗的无药物合成聚合物提供了新的曙光。知领•报告 | 工程科技领域论文专利发展趋势他,800篇论文,300件专利!(图10)参考文献:Wei Shen, et al. Antineoplastic Drug‐Free Anticancer Strategy Enabled by Host‐Defense‐Peptides‐Mimicking Synthetic Polypeptides. Advanced Materials, 2020.DOI:10.1002/adma.202001108https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202001108
四、严重脓毒症治疗
7. Science Advances:纳米颗粒清除剂治疗严重脓毒症严重脓毒症是一个常见的,昂贵的,致命的医疗保健问题,治疗方案有限。深入了解引起脓毒症的炎症失调将有助于开发针对严重脓毒症的新治疗策略。在这项研究中,吉林大学陈立、哥伦比亚大学Kam W. Leong和华南理工大学邵丹研究员等人,其中陈学思院士为本文共同作者之一,确定了严重脓毒症进展中无细胞DNA(cfDNA)在Toll样受体9介导的促炎途径调控中的关键作用。 本文要点:1)首先,研究人员假设去除cfDNA对脓毒症治疗有益,利用聚乙烯亚胺(PEI)合成了不同电荷密度的PEI功能化、可生物降解的介孔二氧化硅纳米粒子作为cfDNA清除剂。这些核酸结合纳米颗粒(nucleic acid–binding nanoparticles,NABN)在抑制cfDNA诱导的炎症以及随后由严重脓毒症引起的多器官损伤方面表现出优于其核酸结合聚合物的同类产品。2)此外,NABNs在发炎的盲肠中表现出增强的积累和保留,以及更理想的体内安全性。总之,本文结果揭示了cfDNA在严重脓毒症中的关键作用,并为脓毒症治疗(目前仍难解决)基于NABN的疗法的发展提供了启示。 知领•报告 | 工程科技领域论文专利发展趋势他,800篇论文,300件专利!(图11)Jianati Dawulieti,et al. Treatment of severe sepsis with nanoparticulate cell-free DNA scavengers. Science Advances,2020.DOI: 10.1126/sciadv.aay7148https://advances.sciencemag.org/content/6/22/eaay7148
此外,陈学思团队2020年还发表了其他相关的高水平研究论文,由于篇幅关系就不在此一一展示,感兴趣的读者可前往该课题组网站进行学习。课题组网站:http://biopolymer.ciac.jl.cn/score/
个人简介:知领•报告 | 工程科技领域论文专利发展趋势他,800篇论文,300件专利!(图12) 陈学思,生于吉林长春。中国科学院长春

利用文献计量分析软件,参照计量学方法,在SCI数据库内对树木年代学相关文章进行分析,从文章发表年代、投稿期刊、作者国家、作者单位及关键词词频等方面进行了统计和比较。整体发文量呈上升趋势,刊文量最多的期刊为《FOREST ECOLOGY AND MANAGEMENT》,研究人员主要集中于农林业研究机构及综合性大学,来自UNIVERSITY OF ARIZONA、UNITED STATES DEPARTMENT OF AGRICULTURE USDA、UNITED STATES FOREST SERVICE三所机构的研究人员在所有文章中占比最高,Dendrochronology、tree rings、Climate change、drought、Dendroclimatology为高频关键词。

1·数据来源与分析方法

使用美国科技信息研究所的《科学引文索引》Web of Science数据库中进行文献数据检索,选取篇名及关键词同级检索,检索框内均输入“Dendrochronology”作为检索词,检索关系为“OR”。选取SCI-EXPANDED库,不对时间范围进行限定,数据检索时间为2021年5月10日。借助于TDA文献计量工作,对于检索到的论文进一步使用文献分析工具,参照文献计量学的方法,从文章发表年代、文章来源期刊、作者来源国家、作者所属机构、关键词词频等方面进行统计分析。

2·数据统计与分析结果

按上述方法进行检索后,对全球树木年代学科学领域的WoS(Web of Science)论文进行文献计量分析。显示共有1957篇文章,最早发表于1995年全年共14篇,最新2021年有50篇已公开发行。

经检索、清洗、分析、统计,共获树木年代学相关期刊文章1957篇,具体年限发文量及占比见图1。分析数据显示,自1995年首篇文章发表以来,整体发文量呈上升趋势,2008年增速略高于其他年份而后又趋缓。截止检索日期,2017年发文量最多,达144篇,占总文章数7.36%。受全球新冠疫情影响,基础科研及期刊发文等活动均有不同程度减速,年发文量减少并不能简单理解为研究热点降低。因文章校验、出版等造成的滞后性,目前2021年数据不足以代表全年情况,且不能仅以自然日为参考标准对其进行预估。

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树木年代学相关发文年度数量及占比趋势

经分析研究后得出,树木年代学相关文章作者出现共3082国次,涉及92个国家和地区。发文较多的前三国为USA(美国)728条记录量,1663人次,占总文章数的37.2%;Canada(加拿大)728条记录量,420人次,占总文章数的11.34%;Germany(德国)190条记录量,320人次,占总文章数的9.71%。发文量排在第4-10的国家地区分别为UK(英国)、Switzerland(瑞士)、Spain(西班牙)、Poland(波兰)、France(法国)、China(中国)、Sweden(瑞典)。

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树木年代学发文TOP10国家/地区

参考2011-2015近五年数据得出,发文量前五国家依次为:USA(美国)190、Germany(德国)59、Canada(加拿大)59、Spain(西班牙)54、UK(英国)44。参考2016-2020近五年数据得出,发文量前五国家依次为:USA(美国)255、Germany(德国)77、Canada(加拿大)67、UK(英国)60、Switzerland(瑞士)59。分别计算五国其近五年发文量与总发文量比值,UK(英国)与Switzerland(瑞士)均超过41%,略高于其他三国,可见近期相关研究较为丰富。

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树木年代学相关发文年度数量及占比趋势

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近十年树木年代学发文量TOP20国家/地区

两次对比前五国变化不大,按总排名顺序,分别计算国内作者合作情况,得出下表。近年来,合作发文情况更为普遍,五国中,UK(英国)篇均作者增长最少仅有0.07人次,USA(美国)增长最多达0.5人次。

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同国作者发文合作度(前五国)

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国家合作关系

3·结论

树轮年代学(Dendrochronology)又称“树木年轮学”、“树轮学”是一种通过对树木年轮(tree rings)进行科学分析而测定年代的方法。随着树轮学的发展,树轮学的应用范围越来越广,分支学科越来越多,列如:树轮考古学、树轮气候学(Dendroclimatology)、树轮生态学(Dendroecology)、树轮水文学、树轮地貌学、树轮冰川学、树轮火山学.、树轮化学、树轮火灾学、树轮灾害学。

近代环境破坏越来越严重,气候条件趋于极端化,及时采取预防措施十分必要。1979年第一次世界气候大会呼吁保护气候;1992年通过的《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)确立了发达国家与发展中国家“共同但有区别的责任”原则。随着联合国气候变化框架条约的不断发展,气候变化已形成国际响应。

树木年轮学为研究气候变化提供了基础数据及研究对象,因其可追溯年代较长且保存清晰,逐步受到重视,发展至今各交叉学科均有所涉及。2020年是中国应对气候变化的又一起点,在接下来的研究中树木年代轮学不仅仅停留在基础研究阶段,更多是对其规律的合理利用,为气候变化评估提供重要参照。

注:本文内容呈现略有调整。

来源:中国工程科技知识中心-林业分中心